CN108971697A - 核电站sap制冷机端盖电熔增材制造方法 - Google Patents

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杜锋
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苏广超
梅宗川
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Abstract

本发明公开了一种核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，包括：(一)金属原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在辅剂的堆积保护下，金属原丝与基体间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池；(二)电流流过金属原丝和熔融渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热的热复合高能热源作用下使金属原丝熔化，在基体表面形成局部熔池；(三)持续输送金属原丝与辅剂，根据分层切片数据，计算机控制电熔头移动，实现熔池在基体上逐层堆敷，得到成品。采用本发明，效率高、稳定性好、无需重新制造模具，制得的端盖有良好的组织特征，且力学性能优异。

Description

核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种核电站制冷机端盖，尤其涉及一种核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法。
背景技术
核电站SAP制冷机端盖是一种核电站SAP系统制冷机蒸发器入口侧端盖，SAP制冷剂是独立于核电各厂房外的，用于输送压缩空气的设备，且功能性和核电站的运行安全息息相关，SAP制冷剂端盖，因其结构复杂，国外采用灰铸铁铸造而成，目前我国尚无该装置的生产厂家。
铸造SAP制冷机端盖若在国内铸造，需要重新制造模具，且因其铸造工艺限制，端盖有晶粒较粗、性能较差、缩孔较多等缺点。并且一般SAP制冷机端盖材质选用灰铸铁，造成修补难度大，使用周期短等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，效率高、稳定性好、无需重新制造模具，制得的端盖有良好的组织特征，且力学性能优异。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，包括：
(一)将电源的两极分别接至电熔头和基体，金属原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在辅剂的堆积保护下，金属原丝与基体间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池；
(二)电流流过金属原丝和熔融渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热的热复合高能热源作用下使金属原丝熔化，在基体表面形成局部熔池；
(三)持续输送金属原丝与辅剂，根据分层切片数据，单层的厚度为1～3mm，计算机控制电熔头移动，移动速度为300～900mm/min，实现熔池在基体上逐层堆敷，得到成品。
作为上述方案的改进，所述金属原丝的直径为2～5mm，所述金属原丝伸出电熔头的长度为20mm～50mm。
作为上述方案的改进，所述辅剂的成分包含氧化物混合物。
作为上述方案的改进，所述基体的材料与核电站SAP制冷机端盖的材料相同。
作为上述方案的改进，所述基体选用厚度不小于10mm的圆盘。
作为上述方案的改进，所述电源的两极分别接至电熔头和基体，电源的电流为200A～1000A，电压为20V～40V。
作为上述方案的改进，熔池在基体上逐层堆敷，其中，每层堆敷的厚度为1～3mm。
作为上述方案的改进，熔池在基体上逐层堆敷，其中，每层堆敷的层间温度控制在60～250℃之间。
作为上述方案的改进，还包括：
对电熔成型后的成品进行500～600℃，保温2小时的消应力热处理。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明金属原丝与基体之间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池，电流流过金属原丝和熔融渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热的热复合高能热源作用下使金属原丝熔化，在基体表面形成局部熔池。并通过控制电熔头与基体的相对移动轨迹，实现在基体上逐层打印成形，通过增材工艺制造出金属构件。
一、设备简单：
本发明摆脱了复杂的工装、专用模具和专用工具的约束，成形即为近净形坯件，生产后只需少量精加工，大大简化加工工序，缩短产品周期，效率高，稳定性好。而且本发明不需进行正火处理，对热处理炉的要求大大降低。
二、性能稳定、无厚度效应：
相比现有灰铸铁SAP制冷机端盖，本发明具有材料晶粒较细、组织致密，力学性能优良等特点。并且本发明仅需进行简单热处理，热处理均匀，各厚度组织均匀，性能较好。
三、韧性良好、焊接性优良：
因本发明采用堆敷而成，碳含量较低，晶粒较细，材料的韧性和焊接性优良，且可以进行修补以延长端盖的寿命。
四、一体性良好：
本发明是通过电熔头按照预定轨迹逐层堆敷而成，一体性良好。
五、适合小批量生产：
本发明制作的端盖，不受厚度、直径的影响，不需重新开模，在小批量非标端盖生产中拥有巨大优势，即可降低成本又可短周期完成。
附图说明
图1是本发明核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，包括：
(一)将电源的两极分别接至电熔头和基体，金属原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在辅剂的堆积保护下，金属原丝与基体间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池；
其中，所述金属原丝的形态可以是圆棒状、带状，实芯或者药芯，其直径为2～5mm。所述金属原丝伸出电熔头的长度(即通电长度)为20mm～50mm。
所述辅剂的成分包含氧化物混合物。辅剂的作用是：覆盖电弧，防止电弧飞溅；覆盖熔池，隔绝空气，使熔池金属免受空气中氧、氮、氢等的侵害；对熔池金属形成保温；冶金反应过程中去除杂质、掺入合金；形成的渣池以机械方式保护沉积金属良好成形等。
所述基体的材料与核电站SAP制冷机端盖的材料相同；所述基体选用厚度不小于10mm、直径略大于轴盘的圆盘。电熔前基体表面需处理干净，不得有油污、铁锈等。
参照图1，按照图1安装电熔增材制造设备各系统，所述电源的两极分别接至电熔头和基体，电源1的电流为200A～1000A，电压为20V～40V。电源可以是直流或交流电源，在使用直流电源时，电熔头可接正极，工件接负极。并且，在基体内部安装冷却速度控制器2，用于控制电熔成型的温度，并在电熔头附近安装远红外测温仪3，用于测量电熔成型的实时温度。电熔头与机器人4连接，用于控制电熔头的运动轨迹。机器人4与电脑连接，用于实现智能化控制机器人的运动方式。
(二)电流流过金属原丝和熔融渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热的热复合高能热源作用下使金属原丝熔化，在基体表面形成局部熔池；
(三)持续输送金属原丝与辅剂，根据分层切片数据，单层的厚度为1～3mm，计算机控制电熔头移动，移动速度为300～900mm/min，实现熔池在基体上逐层堆敷，得到成品。
电熔制造前需按照图纸进行电熔轨迹运算，计算出每层需行走的轨迹，并通过可编辑逻辑控制器将电熔轨迹转化成机械程序。
本发明的每层堆敷厚度约为1～3mm，SAP制冷机端盖根据分层切片方法被分成上百层乃至几百层，每层的堆敷轨迹按照预定程序行走，通过不断改变行走轨迹，实现3D成型。
当准备工作完成后，开启电熔设备，金属原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在辅剂的堆积保护下，金属原丝与基体间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池，电流流过原丝和熔融渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热三种热复合高能热源作用下使金属原丝熔化，在基体表面形成局部熔池，持续输送金属原丝与辅剂，根据分层切片数据，计算机控制电熔头移动，实现熔池在基体上逐层堆敷。电熔增材制造过程中层间温度控制在60～250℃之间，可采用表面气冷的方法，保证材料的连续堆敷。
作为本发明更佳的实施例，所述核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法还包括：
对电熔成型后的成品进行500～600℃，保温2小时消应力热处理。
电熔成形后，立刻进行消应热处理的温度根据材质的不同而不同，一般不超过Ac1。如果不能立刻进行消应力热处理，需进行350～400℃/3～4h消氢处理。热处理可消除材料残余应力、并改善材料组织，提高材料的韧性。本发明的消应力热处理温度较低，不进行重新奥氏体化，不会产生材料的厚度效应和组织不均匀。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，包括：
(一)将电源的两极分别接至电熔头和基体，金属原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在辅剂的堆积保护下，金属原丝与基体间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池；
(二)电流流过金属原丝和熔融渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热的热复合高能热源作用下使金属原丝熔化，在基体表面形成局部熔池；
(三)持续输送金属原丝与辅剂，根据分层切片数据，单层的厚度为1～3mm，计算机控制电熔头移动，移动速度为300～900mm/min，实现熔池在基体上逐层堆敷，得到成品。
2.如权利要求1所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，所述金属原丝的直径为2～5mm，所述金属原丝伸出电熔头的长度为20mm～50mm。
3.如权利要求1所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，所述辅剂的成分包含氧化物混合物。
4.如权利要求1所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，所述基体的材料与核电站SAP制冷机端盖的材料相同。
5.如权利要求1或4所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，所述基体选用厚度不小于10mm的圆盘。
6.如权利要求1所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，所述电源的两极分别接至电熔头和基体，电源的电流为200A～1000A，电压为20V～40V。
7.如权利要求1所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，熔池在基体上逐层堆敷，其中，每层堆敷的厚度为1～3mm。
8.如权利要求1或7所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，熔池在基体上逐层堆敷，其中，每层堆敷的层间温度控制在60～250℃之间。
9.如权利要求1所述的核电站SAP制冷机端盖电熔增材制造方法，其特征在于，还包括：
对电熔成型后的成品进行500～600℃，保温2小时的消应力热处理。
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